Utilisation possible d’un coupon extrait d’une structure comprenant un spécimen de traction (rouge), une barre axisymétrique entaillée (vert), une DCT (bleu), une SENT (orange) et une éprouvette Charpy (marron).
Les structures industrielles de production et de transport d’énergie sont conçues pour avoir une durée de vie supérieure à 40 ans. La connaissance de l’évolution du comportement des matériaux sur de très longues périodes est donc cruciale pour assurer la sécurité et la fiabilité de ces installations. Par ailleurs, dans le cadre de la décarbonation des sources d’énergie, l’hydrogène produit par exemple par électrolyse de l’eau jouera un rôle important. Il est envisagé de collecter et de distribuer l’hydrogène ainsi produit (en mélange avec du méthane fossile ou du biogaz) en employant les réseaux existants. Il est alors crucial de qualifier l’aptitude des différents tronçons au transport de l’hydrogène gazeux. Afin de permettre le suivi de l’évolution des matériaux tout au long de la durée de vie des installations et de qualifier leur aptitude au transport de l’hydrogène, le programme de la Chaire MESSIAH propose d’utiliser des mini-éprouvettes usinées dans des coupons extraits des installations. L’utilisation de mini-éprouvettes permet de réaliser des tests à partir de prélèvements quasi non destructifs pouvant ainsi éviter l’arrêt du transit ou la réparation ultérieure des installations concernées, opérations entrainant des coûts élevés et des contraintes opérationnelles non négligeables. Elles permettent également de réaliser les essais pour le contrôle de production, la réception des équipements et le développement de nouveaux matériaux pour lesquels peu de matière est disponible. Les mini-éprouvettes seront constituées de barreaux de traction, de barreaux entaillées, d’éprouvettes Charpy mais aussi d’éprouvettes de mécanique de la rupture telles que les éprouvettes de Compact Tension (CT) et les Single Edge Notch Tensile (SENT) qui devront être miniaturisées. Les résultats obtenus sur les mini-éprouvettes seront comparés à ceux obtenus pour des éprouvettes «standard». L’emploi de mini-éprouvettes permettra également de caractériser des zones hétérogènes à l’échelle du millimètre. Il s’agit en particulier des soudures et des zones ségrégées dans les gros composants forgés. La technique peut être employée sur les matériaux à l’état de réception ainsi qu’après vieillissement. Ce protocole expérimental sera de plus adapté pour qualifier l’effet de l’hydrogène. Il est envisagé (par ordre de difficulté) de réaliser des essais sur (i) des mini-éprouvettes préalablement chargées en H par électrolyse, (ii) les mêmes éprouvettes mais en maintenant l’électrolyse durant l’essai mécanique, (iii) enfin en réalisant les essais sous pression partielle d’hydrogène. La comparaison des résultats avec le matériau non chargé permettra alors de qualifier l’effet de l’hydrogène sur le comportement mécanique et la rupture.
Les objectifs du projets sont : (i) développer une procédure de caractérisation mécanique du comportement plastique et à rupture à partir de coupons millimétriques prélevés in situ, (ii) étendre cette procédure pour étudier la fragilisation par l’hydrogène, (iii) proposer une méthodologie d’analyse des résultats et de transfert vers les éprouvettes «standard» et les structures, (iv) Sur la base de ces résultats, les partenaires universitaires et industriels rédigeront des lignes directrices pour la réalisation d’essais sur des éprouvettes de taille inférieure, l’interprétation de ces essais et le transfert des résultats aux éprouvettes standardisées. La rédaction de ces lignes directrices, ou «pré-normes», contribuera à diffuser les résultats du programme de la chaire auprès de l’industrie et d’autres partenaires universitaires.
Parties prenantes
Le Centre des Matériaux est un centre d’enseignement et de recherche de MINES ParisTech dont les activités sont la recherche, la valorisation de cette recherche, et la formation par la recherche.
Le Centre des Matériaux est aussi une Unité Mixte de Recherche du CNRS (UMR 7633), qui dépend de l’Institut des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes, Cette unité fait partie de la Fédération Francilienne Mécanique des Matériaux, Structures, Procédés.
MINES ParisTech est membre rattaché de l’Institut Mines-Télécom, membre fondateur de Paris Sciences et Lettres.
Air Liquide, leader mondial des gaz, technologies et services pour l’industrie et la santé, est une société très active dans le domaine de l’hydrogène énergie et couvre l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement depuis la production du gaz jusqu’à son utilisation dans les piles à combustible comme dans les voitures électriques à hydrogène. Le choix des matériaux soumis à exposition d’hydrogène sous haute pression et à du cyclage (phénomène de fatigue) est clé dans le design pour la sécurité et le développement des stations de remplissage hydrogène par exemple.
Acteur majeur de la transition énergétique, le groupe EDF est un énergéticien intégré, présent sur l’ensemble des métiers : la production, le transport, la distribution, le négoce, la vente d’énergie et les services énergétiques. Leader des énergies bas carbone dans le monde, le Groupe a développé un mix de production diversifié basé principalement sur l’énergie nucléaire et renouvelable (y compris l’hydraulique) et investit dans de nouvelles technologies pour accompagner la transition énergétique. La raison d’être d’EDF est de construire un avenir énergétique neutre en CO2 conciliant préservation de la planète, bien-être et développement, grâce à l’électricité et à des solutions et services innovants. Le Groupe participe à la fourniture d’énergie et de services à environ 37,9 millions de clients (1), dont 28,7 millions en France (2). Il a réalisé en 2020 un chiffre d’affaires consolidé de 69,0 milliards d’euros. EDF est une entreprise cotée à la Bourse de Paris.
(1) Les clients résidentiels sont décomptés depuis 2018 par site de livraison ; un client peut avoir deux points de livraison : un pour l’électricité et un autre pour le gaz.
(2) Y compris ÉS (Électricité de Strasbourg).
GRTgaz est le gestionnaire d’un réseau de transport de gaz sous haute pression, long de plus de 32 000 km. Acteur résolument engagé dans la transition énergétique, GRTgaz s’est fixé pour objectif d’accueillir dans son réseau du gaz totalement décarboné (100% H2) ou partiellement décarboné (mix CH4 -H2). Son réseau compte des ouvrages récents, mais également des canalisations de plusieurs dizaines d’années. Elles sont encore en excellent état de fonctionner, mais l’enjeu est maintenant de poursuivre leur exploitation pendant encore de nombreuses années dans d’aussi bonnes conditions de sécurité. Il est donc primordial pour GRTgaz d’avoir une bonne connaissance des propriétés des aciers composant ses canalisations. De plus pour assurer une haute disponibilité du réseau, GRTgaz et de son centre de recherche (RICE) s’efforcent de mettre au point des dispositifs d’intervention sans arrêt de transit.
Membre du Groupe Salzgitter, Mannesmann Precision Tubes France SAS, filiale de Mannesmann Precision Tubes GmbH, un des leaders mondiaux pour la conception et la production de tubes de précision en acier sans soudure et soudés étirés à froid pour les applications automobile, pour l’industrie, pour le transport de fluides et l’énergie.
Transvalor est une société française qui développe et distribue des logiciels de simulation pour une palette d’applications très variée, de la mise en forme des matériaux au calcul de structures sous chargement en service et l’analyse de la durée de vie de pièces. Ces logiciels couvrent une vaste gamme de procédés pour les métaux à l’état solide ou liquide, ainsi que pour les polymères. Transvalor édite également un logiciel de calcul et d’analyse de structures et des matériaux non-linéaires.
Les solutions de Transvalor répondent parfaitement aux défis de l’industrie pour affronter efficacement les principaux enjeux liés aux coûts, à la qualité, la sécurité et à l’innovation technologique. Ils s’intègrent au sein du cycle de développement des produits manufacturés depuis les phases de R&D en passant par le chiffrage et jusqu’à l’industrialisation finale.
Créée en 1984, la société est présente dans le monde entier à travers son réseau de distributeurs. Le siège de la société est situé dans la technopole de Sophia Antipolis et une antenne a été récemment inaugurée en région parisienne. Transvalor, c’est surtout une équipe multiculturelle de plus de 70 personnes passionnées de technologie de pointe et poussées par une envie d’innovation afin de proposer toujours les meilleures solutions à ses clients.
L’Agence nationale de la recherche (ANR) est une agence de moyens créée le 7 février 2005, qui finance la recherche publique et la recherche partenariale en France. Initialement créée sous la forme d’un groupement d’intérêt public, elle est dotée depuis le 1er janvier 2007 du statut d’établissement public à caractère administratif. L’ANR s’est substituée aux dispositifs ministériels pré-existants de financement incitatif : le fonds national pour la science (FNS) et le fonds pour la recherche technologique (FRT). Elle finance directement les équipes de recherche publiques et privées, sous forme de contrats de recherche à durée déterminée. Par extension, les chercheurs utilisent souvent le terme « une ANR » pour désigner une demande de financement auprès de l’agence ou le financement lui-même.
Les porteurs de la Chaire
Jacques Besson est directeur de recherche CNRS et directeur adjoint du Centre des Matériaux. Il est un expert dans le domaine de l’endommagement et de la rupture des matériaux. Il s’intéresse principalement à la modélisation et aux simulations, mais il travaille régulièrement avec des chercheurs menant un travail expérimental. Il est l’un des principaux contributeurs au programme par l’éléments finis Z-set qui est actuellement co-développé avec l’ONERA. Il préside le groupe technique européen sur les méthodes numériques TC08 de l’ESIS (European Structural Integrity Society)
Profil : Researchgate , ORCID
Yazid Madi est enseignant chercheur, HDR, au Centre des Matériaux, agrégé de génie-civil. Il s’intéresse principalement aux expériences et aux simulations dans le domaine de la mécanique des matériaux (fatigue, rupture, plasticité). Il a été récemment Lauréat Challenge Open Innovation GRTgaz n°5-2018 (protéger les réseaux acier vis-à-vis des effets de l’hydrogène).
Profil : Researchgate , ORCID